Esta dissertação apresenta um estudo de diferentes metodologias de imobilização (fisissorção, quimissorção com carboxibenzaldeído e quimissorção com glutaraldeído) da lipase de Burkholderia cepacia em nanopartículas magnéticas e sua aplicação na resolução cinética de alcoóis secundários racêmicos. O método de imobilização por fisissorção resultou na imobilização de 0,21 mg de proteína em 20 mg de nanopartículas magnéticas. Para a mesma quantidade de nanopartículas magnéticas, o método de quimissorção com carboxibenzaldeído imobilizou 0,26 mg de proteína contra 0,28 mg de proteína pelo método de quimissorção com glutaraldeído, a melhor relação encontrada neste trabalho. A atividade enzimática foi avaliada na resolução cinética de alcoóis secundários racêmicos [(RS)-2-bromo-1-(fenil)etanol, (RS)-2-bromo-1-(4-nitrofenil)etanol, (RS)-1-(4-nitrofenil)etanol e (RS)-1-(fenil)-1,2-etanodiol] via reação de transesterificação enantiosseletiva. O efeito de diferentes parâmetros reacionais para a resolução cinética foi estudado, como agente acilante, quantidade de substrato, solvente, quantidade de nanopartículas magnéticas (suporte), velocidade de agitação, tempo e temperatura reacionais. Os melhores parâmetros encontrados foram acetato de vinila como agente acilante, tolueno como solvente e sob agitação de 800 rpm. Observou-se que após 30 dias de estocagem da lipase imobilizada por fisissorção sua atividade foi mantida. Além disso, estudou-se a reciclagem da enzima imobilizada, durante a resolução cinética. A melhor temperatura e tempo reacional foram determinados para cada método de imobilização. A quimissorção com glutaraldeído foi o melhor método de imobilização para a reciclagem da enzima, pois durante 8 ciclos de resolução cinética a conversão (50 %) e a enantiosseletividade (>99 %) foram mantidas. Com base nesses resultados, pode-se concluir que o processo de imobilização permite um aumento da estabilidade da enzima quando comparada com a enzima livre, permitindo sua reutilização por vários ciclos reacionais. / This dissertation describes studies about different immobilization methodologies (physisorption, chemisorption with carboxibenzaldehyde and chemisorption with glutaraldehyde) of the Burkholderia cepacia lipase on magnetic nanoparticles and its application in the enzymatic kinetic resolution of chiral secondary alcohols. The physisorption method immobilized 0.21 mg of protein per 20 mg of magnetic nanoparticles. Using the same amount of magnetic nanoparticles, the chemisorption method with carboxibenzaldehyde immobilized 0.26 mg of protein against 0.28 mg for the chemisorption with glutaraldehyde, the best result found in this work. The enzymatic activity was determined in the enzymatic kinetic resolution of chiral secondary alcohols [(RS)-2-bromo-1-(phenyl)ethanol, (RS)-2-bromo-1- (4-nitrophenyl)ethanol, (RS)-1-(4-nitrophenyl)ethanol and (RS</I<)-1-(phenyl)- 1,2-ethanodiol] via enantioselective transesterification reaction. The effect of several reaction parameters for the kinetic resolution was studied, such as acetyl donor, substrate concentration, solvent, amount of magnetic nanoparticles (support), agitation speed, reaction time and temperature. The best results were obtained using vinyl acetate as acetyl donor, toluene as solvent, and 800 rpm as agitation speed. Regarding the physisorption method, after 30 days as storing time the enzymatic activity remained the same. Besides, the reusability of immobilized lipase was evaluated. The best temperature and reaction time in the kinetic resolution were determined for each immobilization method. The chemisorption with glutaraldehyde was the best immobilization method for the enzyme reusability, because even after 8 cycles of the kinetic reaction, the conversion (50 %) and enantioselectivity (>99 %) remained the same. Based on these results, it is possible to conclude that the immobilization process increased the enzyme stability when compared to the free enzyme, allowing its reusability for many reaction cycles.

Nesta dissertação estão descritos os resultados obtidos sobre a preparação de nanocascas funcionalizadas (nanopartículas ocas) de ouro/prata de diâmetro de 50 nm e imobilização de diferentes lipases (Burkholderia cepacia (BCL) e pâncreas de porco (PPL)). [Obs.: A imagem do esquema pode ser visto no arquivo PDF] Inicialmente as nanocascas de ouro/prata (NSs AgAu) foram sintetizadas e caracterizadas, através de imagens de MEV e MET. Através destas imagens algumas características das NSs AgAu foram elucidadas, como seu tamanho e sua característica oca. Em seguida, a funcionalização das NSs AgAu com diferentes moléculas mercapto-alcanóicas e uma molécula mercapto-amina foi realizada. Depois de funcionalizadas as NSs-funcionalizadas foram ativadas, com glutaraldeído ou EDC, para que assim elas ficassem aptas à imobilização das lipases, via ligação covalente. Para a BCL foi possível imobilizar 0,155-0,282 mg de proteína/3 mg do suporte. No caso da PPL uma menor quantidade de enzima foi imobilizada (0,035-0,048 mg/3 mg do suporte). A atividade da enzima imobilizada foi testada frente à reação de acetilação enantiosseletiva do (R,S)-1-feniletanol com acetato de vinila (RCE, resolução cinética enzimática). Excelentes resultados de conversão (50%) e seletividade (E > 200) foram conseguidos com a BCL imobilizada em todos os suportes. A PPL livre não catalisava a acetilação deste substrato e quando esta enzima foi imobilizada nas diferentes NSs-funcionalizadas, os resultados apresentados para acetilação enantiosseletiva do (R,S)-1-feniletanol com acetato de vinila foram interessantes. Nesse caso conseguimos alcançar conversões de até 4% do substrato R à sua forma acetilada com excelente enantiosseletividade ( > 99% e.e. do produto). Como uma alternativa de demonstrar a atividade enzimática da BCL imobilizada em reação tradicional de hidrólise, o teste da hidrólise do palmitato de p-Nitrofenila pela BCL livre e imobilizada foi realizado. Este teste revelou que a BCL imobilizada nas NSs-funcionalizadas catalisavam a hidrólise do palmitato de p-Nitrofenila mais rápido que a enzima livre, comprovando os bons resultados obtidos na RCE, mostrando que os sistemas onde tínhamos a BCL imobilizada foram mais eficientes que a enzima livre. As NSs AgAu, NSs-funcionalizadas e até as nanocascas contendo as lipases imobilizadas foram caracterizadas por de imagens de MEV e MET, análises de FT-IR e método de Bradford. Outros estudos com os sistemas contendo a BCL imobilizada foram elucidados. Diferentes funcionalizadores de diferentes tamanhos foram utilizados e a influência de cada um deles sobre a atividade enzimática foi estudado. Por exemplo, quando as NSs AuAg foram funcionalizadas com moléculas mercapto-alcanóicas menores, como por exemplo, o ácido mercapto acético, melhores resultados para a RC do (R,S)-1-feniletanol foram conseguidos. As diferentes formas de ativação da NSs-funcionalizadas utilizando glutaraldeído ou EDC, para consequente imobilização da BCL não resultaram em alterações da atividade enzimática na RC, apresentando valores idênticos para RCE. Experimentos para testar a estabilidade dos sistemas contendo a BCL imobilizada também foram feitos. Descobrimos que é possível armazenar a BCL imobilizada nos diferentes sistemas à - 4 °C por até 28 dias. O estudo da reciclagem destes sistemas revelou que por até 3 ciclos os sistemas conseguiram manter 90% da atividade enzimática. / This dissertation presents the results achieved on the preparation of functionalized gold/silver nanoshells (hollow nanoparticles, 50 nm) and immobilization of different lipases (Burkholderia cepacia (BCL) and porcine pancreatic (PPL)). Initially Gold/Silver nanoshells (NSs Ag Au) were synthesized and characterized through SEM and TEM pictures. By these images some characteristics of NSs AgAu were elucidated, as its size and hollow feature. The functionalization NSs AgAu with different mercapto-alkanoic molecules and mercapto-amine molecule was next step performed. After the functionalized NSs-functionalized were activated with glutaraldehyde or EDC, after that they remained suitable for the immobilization of lipases via covalent bond. BCL was possible immobilized 0.155-0.282 mg protein/3 mg of support. And the PPL a smaller amount of enzyme was immobilized (from 0.035-0.048 mg / 3 mg of support). The activity of the immobilized enzyme was assayed by the reaction enantioselective acetylation of (R,S)-1-phenylethanol with vinyl acetate (KR, kinetic resolution). Excellent conversion results (50%) and selectivity (E > 200) were achieved with the immobilized BCL. The free PLP did not catalyzed acetylation of the substrate and when this enzyme was immobilized on NSs-functionalized the results for enantioselective acetylation of (R,S)-1-phenylethanol with vinyl acetate were interesting. In this case we achieve conversions of 4% of the substrate (R) to acetylated form with excellent enantioselectivity (> 99% e.e. of the product). As alternative to demonstrate the enzymatic activity of BCL immobilized on traditional hydrolysis reaction, the hydrolysis of p-nitrophenyl palmitate by free and immobilized BCL was performed. This test revealed BCL immobilized on NSs-functionalized catalyzed hydrolysis of p-nitrophenyl palmitate faster than free enzyme, confirming the good results obtained in KR, showing that systems which had immobilized BCL were more efficient than the enzyme free. The NSs AgAu, NSs-functionalized and Nanoshells containing the immobilized lipases were characterized by SEM and TEM images , FT-IR analysis , the Bradford method. Other studies with systems containing immobilized BCL were elucidated. Different spacers with different sizes were used for functionalized the nanoshells, and the influence of each of the enzymatic activity was studied. For example, when the NSs were functionalized with smaller molecules mercapto-alkanoic and cysteamine best results for the KR (R,S)-1-(phenyl)ethanol were obtained. The different forms of activation of NSs-functionalized using glutaraldehyde or EDC, for subsequent immobilization of BCL did not result in changes in enzyme activity in the KR . Experiments to test the stability of systems containing immobilized BCL were also made . We found it possible to store the BCL immobilized on different systems at - 4 ° C for 30 days. The study of the recycling of these systems was made and by 3 cycles systems maintain 90% of the enzyme activity.

Esta dissertação apresenta um estudo de diferentes metodologias de imobilização (fisissorção, quimissorção com carboxibenzaldeído e quimissorção com glutaraldeído) da lipase de Burkholderia cepacia em nanopartículas magnéticas e sua aplicação na resolução cinética de alcoóis secundários racêmicos. O método de imobilização por fisissorção resultou na imobilização de 0,21 mg de proteína em 20 mg de nanopartículas magnéticas. Para a mesma quantidade de nanopartículas magnéticas, o método de quimissorção com carboxibenzaldeído imobilizou 0,26 mg de proteína contra 0,28 mg de proteína pelo método de quimissorção com glutaraldeído, a melhor relação encontrada neste trabalho. A atividade enzimática foi avaliada na resolução cinética de alcoóis secundários racêmicos [(RS)-2-bromo-1-(fenil)etanol, (RS)-2-bromo-1-(4-nitrofenil)etanol, (RS)-1-(4-nitrofenil)etanol e (RS)-1-(fenil)-1,2-etanodiol] via reação de transesterificação enantiosseletiva. O efeito de diferentes parâmetros reacionais para a resolução cinética foi estudado, como agente acilante, quantidade de substrato, solvente, quantidade de nanopartículas magnéticas (suporte), velocidade de agitação, tempo e temperatura reacionais. Os melhores parâmetros encontrados foram acetato de vinila como agente acilante, tolueno como solvente e sob agitação de 800 rpm. Observou-se que após 30 dias de estocagem da lipase imobilizada por fisissorção sua atividade foi mantida. Além disso, estudou-se a reciclagem da enzima imobilizada, durante a resolução cinética. A melhor temperatura e tempo reacional foram determinados para cada método de imobilização. A quimissorção com glutaraldeído foi o melhor método de imobilização para a reciclagem da enzima, pois durante 8 ciclos de resolução cinética a conversão (50 %) e a enantiosseletividade (>99 %) foram mantidas. Com base nesses resultados, pode-se concluir que o processo de imobilização permite um aumento da estabilidade da enzima quando comparada com a enzima livre, permitindo sua reutilização por vários ciclos reacionais. / This dissertation describes studies about different immobilization methodologies (physisorption, chemisorption with carboxibenzaldehyde and chemisorption with glutaraldehyde) of the Burkholderia cepacia lipase on magnetic nanoparticles and its application in the enzymatic kinetic resolution of chiral secondary alcohols. The physisorption method immobilized 0.21 mg of protein per 20 mg of magnetic nanoparticles. Using the same amount of magnetic nanoparticles, the chemisorption method with carboxibenzaldehyde immobilized 0.26 mg of protein against 0.28 mg for the chemisorption with glutaraldehyde, the best result found in this work. The enzymatic activity was determined in the enzymatic kinetic resolution of chiral secondary alcohols [(RS)-2-bromo-1-(phenyl)ethanol, (RS)-2-bromo-1- (4-nitrophenyl)ethanol, (RS)-1-(4-nitrophenyl)ethanol and (RS</I<)-1-(phenyl)- 1,2-ethanodiol] via enantioselective transesterification reaction. The effect of several reaction parameters for the kinetic resolution was studied, such as acetyl donor, substrate concentration, solvent, amount of magnetic nanoparticles (support), agitation speed, reaction time and temperature. The best results were obtained using vinyl acetate as acetyl donor, toluene as solvent, and 800 rpm as agitation speed. Regarding the physisorption method, after 30 days as storing time the enzymatic activity remained the same. Besides, the reusability of immobilized lipase was evaluated. The best temperature and reaction time in the kinetic resolution were determined for each immobilization method. The chemisorption with glutaraldehyde was the best immobilization method for the enzyme reusability, because even after 8 cycles of the kinetic reaction, the conversion (50 %) and enantioselectivity (>99 %) remained the same. Based on these results, it is possible to conclude that the immobilization process increased the enzyme stability when compared to the free enzyme, allowing its reusability for many reaction cycles.

Nesta dissertação estão descritos os resultados obtidos sobre a preparação de nanocascas funcionalizadas (nanopartículas ocas) de ouro/prata de diâmetro de 50 nm e imobilização de diferentes lipases (Burkholderia cepacia (BCL) e pâncreas de porco (PPL)). [Obs.: A imagem do esquema pode ser visto no arquivo PDF] Inicialmente as nanocascas de ouro/prata (NSs AgAu) foram sintetizadas e caracterizadas, através de imagens de MEV e MET. Através destas imagens algumas características das NSs AgAu foram elucidadas, como seu tamanho e sua característica oca. Em seguida, a funcionalização das NSs AgAu com diferentes moléculas mercapto-alcanóicas e uma molécula mercapto-amina foi realizada. Depois de funcionalizadas as NSs-funcionalizadas foram ativadas, com glutaraldeído ou EDC, para que assim elas ficassem aptas à imobilização das lipases, via ligação covalente. Para a BCL foi possível imobilizar 0,155-0,282 mg de proteína/3 mg do suporte. No caso da PPL uma menor quantidade de enzima foi imobilizada (0,035-0,048 mg/3 mg do suporte). A atividade da enzima imobilizada foi testada frente à reação de acetilação enantiosseletiva do (R,S)-1-feniletanol com acetato de vinila (RCE, resolução cinética enzimática). Excelentes resultados de conversão (50%) e seletividade (E > 200) foram conseguidos com a BCL imobilizada em todos os suportes. A PPL livre não catalisava a acetilação deste substrato e quando esta enzima foi imobilizada nas diferentes NSs-funcionalizadas, os resultados apresentados para acetilação enantiosseletiva do (R,S)-1-feniletanol com acetato de vinila foram interessantes. Nesse caso conseguimos alcançar conversões de até 4% do substrato R à sua forma acetilada com excelente enantiosseletividade ( > 99% e.e. do produto). Como uma alternativa de demonstrar a atividade enzimática da BCL imobilizada em reação tradicional de hidrólise, o teste da hidrólise do palmitato de p-Nitrofenila pela BCL livre e imobilizada foi realizado. Este teste revelou que a BCL imobilizada nas NSs-funcionalizadas catalisavam a hidrólise do palmitato de p-Nitrofenila mais rápido que a enzima livre, comprovando os bons resultados obtidos na RCE, mostrando que os sistemas onde tínhamos a BCL imobilizada foram mais eficientes que a enzima livre. As NSs AgAu, NSs-funcionalizadas e até as nanocascas contendo as lipases imobilizadas foram caracterizadas por de imagens de MEV e MET, análises de FT-IR e método de Bradford. Outros estudos com os sistemas contendo a BCL imobilizada foram elucidados. Diferentes funcionalizadores de diferentes tamanhos foram utilizados e a influência de cada um deles sobre a atividade enzimática foi estudado. Por exemplo, quando as NSs AuAg foram funcionalizadas com moléculas mercapto-alcanóicas menores, como por exemplo, o ácido mercapto acético, melhores resultados para a RC do (R,S)-1-feniletanol foram conseguidos. As diferentes formas de ativação da NSs-funcionalizadas utilizando glutaraldeído ou EDC, para consequente imobilização da BCL não resultaram em alterações da atividade enzimática na RC, apresentando valores idênticos para RCE. Experimentos para testar a estabilidade dos sistemas contendo a BCL imobilizada também foram feitos. Descobrimos que é possível armazenar a BCL imobilizada nos diferentes sistemas à - 4 °C por até 28 dias. O estudo da reciclagem destes sistemas revelou que por até 3 ciclos os sistemas conseguiram manter 90% da atividade enzimática. / This dissertation presents the results achieved on the preparation of functionalized gold/silver nanoshells (hollow nanoparticles, 50 nm) and immobilization of different lipases (Burkholderia cepacia (BCL) and porcine pancreatic (PPL)). Initially Gold/Silver nanoshells (NSs Ag Au) were synthesized and characterized through SEM and TEM pictures. By these images some characteristics of NSs AgAu were elucidated, as its size and hollow feature. The functionalization NSs AgAu with different mercapto-alkanoic molecules and mercapto-amine molecule was next step performed. After the functionalized NSs-functionalized were activated with glutaraldehyde or EDC, after that they remained suitable for the immobilization of lipases via covalent bond. BCL was possible immobilized 0.155-0.282 mg protein/3 mg of support. And the PPL a smaller amount of enzyme was immobilized (from 0.035-0.048 mg / 3 mg of support). The activity of the immobilized enzyme was assayed by the reaction enantioselective acetylation of (R,S)-1-phenylethanol with vinyl acetate (KR, kinetic resolution). Excellent conversion results (50%) and selectivity (E > 200) were achieved with the immobilized BCL. The free PLP did not catalyzed acetylation of the substrate and when this enzyme was immobilized on NSs-functionalized the results for enantioselective acetylation of (R,S)-1-phenylethanol with vinyl acetate were interesting. In this case we achieve conversions of 4% of the substrate (R) to acetylated form with excellent enantioselectivity (> 99% e.e. of the product). As alternative to demonstrate the enzymatic activity of BCL immobilized on traditional hydrolysis reaction, the hydrolysis of p-nitrophenyl palmitate by free and immobilized BCL was performed. This test revealed BCL immobilized on NSs-functionalized catalyzed hydrolysis of p-nitrophenyl palmitate faster than free enzyme, confirming the good results obtained in KR, showing that systems which had immobilized BCL were more efficient than the enzyme free. The NSs AgAu, NSs-functionalized and Nanoshells containing the immobilized lipases were characterized by SEM and TEM images , FT-IR analysis , the Bradford method. Other studies with systems containing immobilized BCL were elucidated. Different spacers with different sizes were used for functionalized the nanoshells, and the influence of each of the enzymatic activity was studied. For example, when the NSs were functionalized with smaller molecules mercapto-alkanoic and cysteamine best results for the KR (R,S)-1-(phenyl)ethanol were obtained. The different forms of activation of NSs-functionalized using glutaraldehyde or EDC, for subsequent immobilization of BCL did not result in changes in enzyme activity in the KR . Experiments to test the stability of systems containing immobilized BCL were also made . We found it possible to store the BCL immobilized on different systems at - 4 ° C for 30 days. The study of the recycling of these systems was made and by 3 cycles systems maintain 90% of the enzyme activity.